V形棱柱的流致振动及其在风能转换中的应用

《Energy Technology》：Flow-Induced Vibration of V-Shape Prism and its Application in Wind Energy Conversion

风工程领域研究新型V形棱柱在0°、90°、180°风向下涡激振动（VIV）与摆振（galloping）的转换机制，分析风速方向对振动幅度、频率及涡量分布的影响，发现0°风向下V形棱柱能量转换效率达69.2%，较方形棱柱提升22.2倍。

　　

摘要

受棕榈叶结构的启发，本研究开发了一种新型的V形棱镜。通过数值模拟研究了V形棱镜在典型迎风角度（α = 0°、90°和180°）下的流致振动（FIV）机制。分析了风速和风向对振动幅度、频率、力系数、相位以及涡度分布的影响。随着风速和风向的变化，V形棱镜会经历涡致振动（VIV）或颤振现象。颤振模式下的振动幅度高于涡致振动模式。风速和风向对颤振模式下的振动频率影响较小，而涡致振动模式下的振动频率则由涡脱落过程决定。棱镜振动模式的转换伴随着相位滞后和涡结构的变化。在α = 0°时，V形棱镜的振动幅度和能量转换效率显著高于方形棱镜及其他迎风角度下的棱镜。V形棱镜的最高能量转换效率达到了69.2%，是方形棱镜装置的22.2倍。本研究展示了V形棱镜在未来FIV能量收集器设计中的潜在应用价值。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。